一种信号穿透性强的人感面板材料

技术领域

本发明涉及高分子合成技术领域，尤其涉及一种信号穿透性强的人感面板材料。

背景技术

高密度聚乙烯是一种白色粉末或颗粒状产品，其结晶速率块，结晶温度高，结晶度为80-90％，软化点为125-135℃，使用温度可达100℃，无毒，无味；高密度聚乙烯具有较好的耐温、耐油性、耐寒性、耐蒸汽渗透性、电绝缘性及抗环境应力开裂性，其硬度、拉伸强度和蠕变性由于低密度聚乙烯；吸水性小，在低温时仍能保持柔软性，电绝缘性高；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀，被广泛应用于生产包装薄膜、编织袋、水管、塑料木材、折叠椅、手术植入物等领域。

但是，高密度聚乙烯材料作为一种粘弹性材料，强度、刚度、耐热性能和抗老化方面相比于金属材料仍有着明显的不足，同时其信号穿透性能有待改善。而且，高密度聚乙烯材料制品在加工和使用过程中，往往由于一些外界及自身因素，导致塑件应力开裂，严重影响塑件的使用性能。

专利CN 110016172 A公开了一种电缆护套料用高密度聚乙烯组合物及高密度聚乙烯电缆护套料的制备方法，通过将基础树脂高密度聚乙烯的熔体流动速率和密度控制在特定范围内能够制备出具有优异性能的电缆护套料，将高密度聚乙烯与炭黑母粒配合使用，能够降低助剂的使用量，产品稳定性好。专利CN 106117746 A提供了一种高密度聚乙烯增韧母粒及其制备方法和其在高密度聚乙烯管材中的应用，通过将高密度聚乙烯增韧母粒应用在高密度聚乙烯管材中后，在保证管材耐压耐热性能不降低的同时，有效提高了管材的冲击韧性和环刚度。上述专利都没有优化高密度聚乙烯在人感面板材料中的应用及提升高密度聚乙烯的信号穿透性，实际使用中可能存在信号损耗高的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提升高密度聚乙烯材料作为人感面板材料时的信号穿透性，并解决现有技术中高密度聚乙烯材料力学性能和耐热性能不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种信号穿透性强的人感面板材料，采用如下制备方法制成：以高密度PE作为预浸件，在其表面制备多壁碳纳米管涂层的方式提升了高密度PE作为人感面板材料时的信号穿透性；其中，所述高密度PE的制备过程中添加了增容剂ESO-gS-HPG，从而改善了碳酸钙、二醛改性的黄麻纤维与高密度聚乙烯基体材料之间的相容性，使高密度聚乙烯/碳酸钙/二醛改性黄麻纤维相界面间的界面张力降低，同时碳酸钙、二醛改性的黄麻纤维更好的分散于聚乙烯基体中，有助于改善涂层和预浸件的界面性能，增强信号穿透能力。

一种信号穿透性强的人感面板材料，采用如下方法制备而成：

将多壁碳纳米管、十二烷基苯磺酸钠与水混合，经超声分散后得到浸渍处理液，所述浸渍处理液含有0.8～2.4wt％的多壁碳纳米管，0.05～0.1wt％的十二烷基苯磺酸钠及余量的水；

将高密度PE在45～60℃浸渍于所述浸渍处理液中处理0.5～2h，高密度PE与浸渍处理液的质量比为1：10～15，处理完成后取出高密度PE，经水洗、干燥，得到所述信号穿透性强的人感面板材料。

优选的，所述高密度PE包括如下重量份的组分：80-100份高密度聚乙烯、15-20份补强填料、1-3份偶联剂、0.1-0.5份增容剂、0.1-0.5份抗菌剂、0.1-0.5份抗老化剂。

进一步优选的，所述补强填料为滑石粉、硫酸钙晶须、硫酸镁晶须、硅灰石、高岭土、炭黑、碳酸钙、黄麻纤维中的一种或两种及两种以上的混合；

进一步优选的，所述补强填料为碳酸钙与黄麻纤维的混合，两者质量比为1-3:2-5；进一步优选的，所述黄麻纤维为二醛改性的黄麻纤维，其制备方法如下：将黄麻纤维粉碎后置于水中浸泡40-48h；然后以6000-7000r/min的速度搅拌分散10-20min过滤；收集滤渣，将滤渣与NaIO

更进一步的，所述黄麻纤维与NaIO

黄麻(拉丁学名Corchorus capsularis L)，属椴树科黄麻属，韧皮纤维作物，是一种长而柔软的，有光泽的植物纤维，可以织成高强度的粗糙的细丝，黄麻纤维是最廉价的天然纤维之一，具有吸湿性能好、散失水分快等特点，同时纤维材料具备机械强度高、质量轻，同时成本相对低廉等优点，且能够明显的提升聚乙烯的耐热性能，经过二醛改性的黄麻纤维亲水性降低，用于聚乙烯材料中，可以在增强聚乙烯材料力学性能的同时提高材料的防水性能。

进一步，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570、钛酸酯、铝酸酯中的一种或两种及两种以上的混合。

进一步，所述增容剂为ESO-gS-HPG，其制备方法包括如下步骤：

1)ESO-gS的合成：将ESO(环氧大豆油)、丝氨醇、三苯磷混合均匀后，在氮气氛围下加热反应，反应完毕后冷却，然后向反应液中加入乙酸乙酯、乙醇水溶液得到混合液，将混合液静置后过滤，收集滤渣，洗涤滤渣后，将滤渣干燥得到ESO-gS；

2)ESO-gS-HPG的合成：将ESO-gS、无水二恶烷、甲醇钾混合后，在氮气氛围下加热反应得到反应液，向反应液中滴加(S)-缩水甘油，继续反应，冷却、过滤，收集滤渣，滤渣经水洗涤、干燥后得到淡白色的固体即为ESO-gS-HPG。

更进一步的，所述ESO-gS-HPG的制备方法包括如下步骤：

1)ESO-gS的合成：将6-9gESO(环氧大豆油)、4.5-5.5g丝氨醇、0.3-0.5g三苯磷混合均匀后，在氮气氛围下于120-140℃加热8-10h，反应完毕后冷却至40-60℃，然后向反应液中加入10-12mL乙酸乙酯、40-45mL 70-99wt乙醇水溶液得到混合液，将混合液于0-5℃下静置2-3h后过滤，收集滤渣，分别用乙酸乙酯和甲醇洗涤滤渣2-3次后，将滤渣置于30-50℃干燥箱中干燥10-12h得到ESO-gS；

2)ESO-gS-HPG的合成：将2-4g ESO-gS、15-25mL无水二恶烷、0.1-0.3g甲醇钾混合后，在氮气氛围下加热至80-100℃反应0.5-1h得到反应液，向反应液中滴加5-6g(S)-缩水甘油，继续反应20-24h后，冷却至0-4℃、过滤，收集滤渣，滤渣经水洗涤、50-70℃干燥箱中干燥10-12h后得到淡白色的固体即为ESO-gS-HPG。

本发明采用碳酸钙和黄麻纤维协同增强改性高密度聚乙烯，由于碳酸钙、黄麻纤维与高密度聚乙烯基体的相容性差，存在严重的界面相分离，为了解决这个问题，发明人在复合材料中加入了自制的增容剂ESO-gS-HPG，ESO-gS-HPG末端基团为羟基，与CaCO

进一步优选的，所述抗菌剂为纳米银、甲壳素中的一种。

进一步优选的，所述抗老化剂为抗氧剂和光稳定剂的混合；所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类氧化剂、硫代酯类抗氧剂中的一种；

更进一步的，所述抗老化剂为质量比为1-2:2-3的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

本发明还公开了上述高密度PE的制备方法，包括如下步骤：

按配方称取高密度聚乙烯、补强填料、偶联剂、增容剂、抗菌剂、抗老化剂后混合3-5min，经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE。

优选的，所述双螺杆挤出机一区温度为180-190℃，二区为150-170℃，三区为180-190℃，四区为175-185℃，五区为175-185℃，停留时间为1-2分钟，压力为10-15Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明制备一种信号穿透性强的人感面板材料，通过以高密度PE作为预浸件，在其表面制备多壁碳纳米管涂层的方式提升了高密度PE作为人感面板材料时的信号穿透性；在高密度PE的制备过程中，通过添加碳酸钙、ESO-gS-HPG、二醛改性黄麻纤维改善了高密度PE材料的力学性能，避免在长期使用过程中因内应力造成开裂的问题，由于ESO-gS-HPG的加入，使碳酸钙、二醛改性黄麻纤维能更好的分散于高密度聚乙烯基体中，同时提高了高密度聚乙烯材料的耐热性能。

具体实施方式

结合一下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。实施发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普通知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

为免赘述，以下实施例中用到的物品若无特别说明则均市售产品，用到的方法若无特别说明则均为常规方法。

本发明所用部分原料来源如下：

多壁碳纳米管，内径10-20nm，管长10-15um，上海茂果纳米科技有限公司。

高密度聚乙烯，屈曲弹性率为1200％，熔体流动率为8g/10min，拉伸强度为24.6MPa，密度为0.957kg/m

碳酸钙，粒度为1200目。

黄麻纤维，纤维长度为1-3mm，回潮率为6，产地中国。

环氧大豆油，CAS号为8013-07-8，环氧值≥6.1％，酸值(mgKOH/g)≤0.8，闪点(开口杯)≥280℃，武汉鑫动益化工有限公司。

无水二恶烷，又名1,4-二氧六环，CAS号为123-91-1，密度为1.033g/cm

(S)-缩水甘油，CAS号为60456-23-7，纯度为99％，密度为1.116g/cm

对比例1

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为碳酸钙。

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

对比例2

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为黄麻纤维。

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

实施例1

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为二醛改性黄麻纤维，其制备方法如下：将2g黄麻纤维粉碎后置于水中浸48h；然后以6000r/min的速度搅拌分散20min过滤；收集滤渣，将滤渣与60mL 30g/LNaIO

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

实施例2

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为质量比为2：3的碳酸钙和二醛改性黄麻纤维的混合；所述二醛改性黄麻纤维的制备方法如下：将2g黄麻纤维粉碎后置于水中浸48h；然后以6000r/min的速度搅拌分散20min过滤；收集滤渣，将滤渣与60mL 30g/L NaIO

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

实施例3

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g ESO-gS-HPG、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为质量比为2：3的碳酸钙和二醛改性黄麻纤维的混合；所述二醛改性黄麻纤维的制备方法如下：将2g黄麻纤维粉碎后置于水中浸48h；然后以6000r/min的速度搅拌分散20min过滤；收集滤渣，将滤渣与60mL 30g/L NaIO

所述ESO-gS-HPG的制备方法包括如下步骤：

1)ESO-gS的合成：将8.46g ESO(环氧大豆油)、5.3g丝氨醇、0.39g三苯磷混合均匀后，在氮气氛围下于130℃加热8h，反应完毕后冷却至50℃，然后向反应液中加入10mL乙酸乙酯、40mL 99wt乙醇水溶液得到混合液，将混合液于0℃下静置2h后过滤，收集滤渣，分别用乙酸乙酯和甲醇洗涤滤渣3次后，将滤渣置于40℃干燥箱中干燥10h得到ESO-gS；

2)ESO-gS-HPG的合成：将3g ESO-gS、20mL无水二恶烷、0.13g甲醇钾混合后，在氮气氛围下加热至100℃反应1h得到反应液，向反应液中滴加5.6g(S)-缩水甘油，继续反应24h后，冷却至0℃、过滤，收集滤渣，滤渣经水洗涤、60℃干燥箱中干燥12h后得到淡白色的固体即为ESO-gS-HPG。

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

实施例4

一种信号穿透性强的人感面板材料的制备方法，包括如下步骤：

将多壁碳纳米管、十二烷基苯磺酸钠与水混合，经超声分散后得到浸渍处理液，所述浸渍处理液含有1.6wt％的多壁碳纳米管，0.1wt％的十二烷基苯磺酸钠及余量的水；

将高密度PE在45℃浸渍于所述浸渍处理液中处理1h，高密度PE与浸渍处理液的质量比为1：15，处理完成后取出高密度PE，经水洗、干燥，得到所述信号穿透性强的人感面板材料。

所述高密度PE的制备方法如下：

称取100g高密度聚乙烯、15g补强填料、2g硅烷偶联剂KH-550、0.3g ESO-gS-HPG、0.3g甲壳素、0.3g抗老化剂置于高速混合机中混合4min，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒、包装成品即得到所述高密度PE；所述双螺杆挤出机一区温度为185℃，二区为160℃，三区为190℃，四区为180℃，五区为180℃，停留时间为2分钟，压力为13Mpa。

所述补强填料为质量比为2：3的碳酸钙和二醛改性黄麻纤维的混合；所述二醛改性黄麻纤维的制备方法如下：将2g黄麻纤维粉碎后置于水中浸48h；然后以6000r/min的速度搅拌分散20min过滤；收集滤渣，将滤渣与60mL 30g/L NaIO

所述ESO-gS-HPG的制备方法包括如下步骤：

1)ESO-gS的合成：将8.46g ESO(环氧大豆油)、5.3g丝氨醇、0.39g三苯磷混合均匀后，在氮气氛围下于130℃加热8h，反应完毕后冷却至50℃，然后向反应液中加入10mL乙酸乙酯、40mL 99wt乙醇水溶液得到混合液，将混合液于0℃下静置2h后过滤，收集滤渣，分别用乙酸乙酯和甲醇洗涤滤渣3次后，将滤渣置于40℃干燥箱中干燥10h得到ESO-gS；

2)ESO-gS-HPG的合成：将3g ESO-gS、20mL无水二恶烷、0.13g甲醇钾混合后，在氮气氛围下加热至100℃反应1h得到反应液，向反应液中滴加5.6g(S)-缩水甘油，继续反应24h后，冷却至0℃、过滤，收集滤渣，滤渣经水洗涤、60℃干燥箱中干燥12h后得到淡白色的固体即为ESO-gS-HPG。

所述抗老化剂为质量比为1:2的亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010的混合。

测试例1

力学性能测试

拉伸性能：根据GB/T1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄塑和薄片的实验条件》，采用MTS系统(中国)公司CMT-4104微机控制电子万能试验机，对实施例1-4、对比例1-2制得的人感面板材料进行拉伸性能测测试，拉伸速率为50mm/min，实验温度为25℃，标距60mm，厚度4mm，一组试样6个，温度为(23±2)℃，相对湿度(50±5)℃的环境下调节至少24h，测试结果取平均值。

弯曲强度：弯曲强度是指试样在弯曲过程中达到规定挠度值前所能承受的最大弯曲应力。测试方法为将实施例1-4、对比例1-2制得的人感面板材料样品重新粉碎，然后在平板热压机上通过模具热压成型，热压的参数设定：温度：190℃，压力：8Mpa，时间：10min，模具的尺寸为50mm×50mm×2mm，弯曲测试的速率为20mm/min，然后再将热压成型的板材切割成所需的试样尺寸，弯曲性能按照GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测定》测试，一组试样6个，测试结果取平均值。

测试结果如表1所示：

表1：人感面板材料的力学测试结果

从表1的数据可以看出，实施例4制得的人感面板材料具有最好的力学性能，而实施例4与其它实施例、对比例的区别在于添加了碳酸钙、ESO-gS-HPG、二醛改性黄麻纤维，可能的原因是ESO-gS-HPG的烃链段片段与高密度PE分子链缠绕在一起，改善了碳酸钙、二醛改性黄麻纤维与高密度PE基体材料之间的相容性，使高密度PE/碳酸钙/二醛改性黄麻纤维相界面间的界面张力降低、增强了相界面间的粘合性，从而有效的改善了它们之间的相容性，而黄麻纤维与碳酸钙能更好的起协同作用提高了人感面板材料的力学性能。

测试例2

热变形温度的测定：测试对象为实施例1-4、对比例1-2制得的人感面板材料，将人感面板材料注塑成型，得到的试样浸泡在等速升温的硅油中，在简支粱式的弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定挠度值时的温度。具体测试方法为将尺寸为80mm×10mm×4mm的矩形试样放置于跨距为64mm的支座上，安装完毕后将其浸泡在硅油中，施加负荷于在两支座的中点出，完成试样的安装，在等温升温速率条件下(120℃/h)，当试样在负载下弯曲变形达到预设定值时，此时的温度即为所需的热变形温度，设定条件为：最高温度为200℃，起始温度为35℃，冷却温度为35℃，预热的时间为200s，试验终止挠度的条件为0.34mm。

测定结果如表2所示：

表2：人感面板材料的热变形温度测定结果

热变形温度越高，说明材料的耐热性能越好，从表2的实验数据可知，实施例4的耐热性能最好，可能的原因是ESO-gS-HPG的加入，改善了二醛改性的黄麻纤维、碳酸钙与高密度聚乙烯基体材料间的相容性，能更好的分散于聚乙烯基体中，从而提高了材料的耐性性能。

测试例3

电磁波穿透损耗测量：电磁波穿透损耗测量参考文献《多种玻璃材料的电波穿透损耗测量》(马蓁，卜振钊，潘翔，等.多种玻璃材料的电波穿透损耗测量[J].现代电信科技，2014(12).DOI：10.3969/j.issn.1002-5316.2014.12.008.)中的具体方法进行，测试对象为实施例1-4、对比例1-2制得的人感面板材料，采用屏蔽室开窗法对2.4GHz频段上无线通信常用频点电磁波通过不同人感面板材料的穿透损耗进行测量，人感面板材料的厚度为8mm，一组试样6个，测试结果取平均值。

测试结果如表3所示：

表3：人感面板材料的电磁波穿透损耗测试结果

电磁波穿透损耗越低，说明人感面板材料的信号穿透性越好，从表3的实验数据可知，实施例4的信号穿透性能最好，可能的原因是，高密度聚乙烯/碳酸钙/二醛改性黄麻纤维相界面间的界面张力降低，导致多壁碳纳米管涂层与预浸件的界面性能得到改善，增强了信号穿透能力。